蘇通輔橋連續(xù)剛構(gòu)箱梁橫向計(jì)算書

1、蘇通長江公路大橋（初步設(shè)計(jì)階段）專用航道橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋面板分析設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 書設(shè)計(jì)人： 日期：核對(duì)人： 日期：復(fù)核人： 日期：預(yù)應(yīng)力箱梁橫向設(shè)計(jì)計(jì)算一、箱梁橫斷面構(gòu)造專用航道橋采用三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，其標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置如圖1所示，全橋采用分離式雙幅單箱單室截面，按三向預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)。單幅箱梁支點(diǎn)梁高14.6m，腹板寬度0.7m，底板厚度1.6m；跨中梁高4.0m，腹板寬度0.4m，底板厚度0.32m；橋面板懸臂端部厚度0.15m，懸臂根部厚度0.95m，箱室頂板跨中厚度0.28m。為了保證荷載傳遞順暢，所有的頂板、腹板和底板連接處均設(shè)置相應(yīng)尺寸的倒角。橋面鋪裝層采用5cm

2、鋼筋混凝土和8cm瀝青混凝土。圖1 箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面構(gòu)造圖二、箱梁橫向分析1結(jié)構(gòu)離散箱梁采用單箱單室截面形式，橫向分析按縱橋向單位長度箱形框架考慮，同時(shí)設(shè)計(jì)計(jì)算橋面板的橫向預(yù)應(yīng)力筋和腹板豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋，框架腹板處的支承形式按彈簧剛度（取縱橋向相應(yīng)部位的變位倒數(shù)）考慮。箱梁橫向分析計(jì)算采用橋梁結(jié)構(gòu)綜合分析程序BSACS進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，取箱梁為受力分析對(duì)象，共劃分為28個(gè)單元和32個(gè)節(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)按施工及受力順序劃分為4個(gè)階段，其箱梁結(jié)構(gòu)離散圖詳見圖2所示。圖2 箱梁結(jié)構(gòu)離散示意圖2橋面板有效分布寬度根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范，汽車橫橋向距路緣石的最小距離為0.5m，掛車橫橋向距路緣石

3、的最小距離為1.0m，橋面板采用雙懸臂梁結(jié)構(gòu)圖式，計(jì)算車輪在橋面板上的分布寬度。汽車超20級(jí)和掛車120的荷載主要技術(shù)指標(biāo)詳見表1。橋面板上車輪荷載及板的有效分布寬度示意見圖3所示。圖3 板的荷載有效分布寬度示意圖橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范規(guī)定，箱梁橫斷面位置上汽車荷載可以按14車道布置，其橫向布置可以在懸臂板或中板上，而掛車全橋只能布置一輛，且位置一般情況下在專用車道上，因而掛車荷載僅按作用在中板上考慮。以下僅介紹汽車荷載作用下板的有效分布寬度計(jì)算過程：(1)、懸臂板荷載有效分布寬度懸臂板上的集中荷載在垂直于板跨方向的分布寬度，按下式計(jì)算：式中：垂直于板跨方向車輪通過鋪裝層后的分布于板頂?shù)某叽纾?集中

4、荷載通過鋪裝層分布于板頂?shù)膶挾韧饩壷粮拱暹叺木嚯x。則汽車荷載作用下，兩個(gè)車輪產(chǎn)生重疊，其懸臂板荷載有效分布寬度為：(2)、跨中板荷載有效分布寬度a) 車輪作用于板的跨中時(shí)： 對(duì)于一個(gè)車輪荷載，板的有效分布寬度為：，但不小于。對(duì)于兩個(gè)或幾個(gè)相同車輪荷載，當(dāng)一個(gè)車輪荷載計(jì)算的分布寬度有重疊時(shí)，車重取其總和，而分布寬度則按邊輪分布外緣計(jì)算：，但不小于。式中：垂直于板跨方向車輪通過鋪裝層后的分布于板頂?shù)某叽纾?板的計(jì)算跨徑；多個(gè)車輪時(shí)，外輪的中距。則汽車荷載作用下，兩個(gè)車輪產(chǎn)生重疊，其跨中板荷載有效分布寬度為：故取b) 車輪作用于板的支承處時(shí)： 對(duì)于一個(gè)車輪荷載，板的有效分布寬度為：式中：垂直于板跨方

5、向車輪通過鋪裝層后的分布于板頂?shù)某叽纾?板的厚度； 則汽車荷載作用下，板的有效分布寬度為：c) 車輪作用于板的支承附近處時(shí)： 在車輪荷載作用下，按支承處板的有效分布寬度45o剛性擴(kuò)散角與跨中板有效分布寬度接順，如圖3板的有效分布寬度中虛線所示。 從上述汽車荷載板的有效分布寬度計(jì)算中可知，一個(gè)車輪作用下縱橋向單位長度各控制點(diǎn)的荷載縱向分布系數(shù)如表2和表3所示。 汽車荷載縱向分布系數(shù) 表2部 位懸臂板端部懸臂板根部中板支承處中板距支承1.42m處節(jié)點(diǎn)號(hào)3、165、167、149、12數(shù)值0.2190.7250.7250.357掛車荷載縱向分布系數(shù) 表3部 位懸臂板端部懸臂板根部中板支承處中板距支承

6、1.42m處節(jié)點(diǎn)號(hào)4、175、167、149、12數(shù)值0.6410.7810.7810.370單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土箱型截面，其箱梁頂板橫向預(yù)應(yīng)力采用ASTM A416-92（270級(jí)）低松弛鋼絞線，以50cm的間距布設(shè)，采用交替單端張拉施工工藝，張拉端采用BM15-3型扁錨，非張拉端采用BM15-3固定端P型錨。OVM錨固體系，其錨下張拉控制應(yīng)力為（不包括錨圈口摩阻損失和千斤頂?shù)膬?nèi)摩阻），其設(shè)計(jì)張拉噸位為585.9KN。預(yù)應(yīng)力管道采用加強(qiáng)型鍍鋅鋼波紋管成形，其壁厚不小于0.35mm，波高不小于3.5mm。預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算中孔道偏差系數(shù)，管道摩擦系數(shù)，一端錨具回縮量，混凝土徐變系數(shù)，收縮應(yīng)變，鋼束

7、松弛率4.5%。箱梁腹板內(nèi)設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力筋，采用冷拉級(jí)精軋螺紋粗鋼筋，鋼筋直徑32mm，錨下張拉控制應(yīng)力為，其單根粗鋼筋設(shè)計(jì)張拉噸位為542.7KN。采用一端反復(fù)張拉施工工藝，錨具采用鋼墊板加螺帽型。豎向預(yù)應(yīng)力筋在箱梁兩側(cè)腹板內(nèi)以100cm等間距布置，同時(shí)為了方便施工，豎向預(yù)應(yīng)力筋可以作為懸臂施工中掛籃的后錨點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算中孔道偏差系數(shù)，管道摩擦系數(shù)，一端錨具縫隙壓密量，螺紋鋼筋松弛率5.0%。預(yù)應(yīng)力張拉采用張拉噸位和鋼束引伸量雙控即應(yīng)力和應(yīng)變雙控原則，其箱梁橫斷面橋面板預(yù)應(yīng)力鋼束和腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋的布置詳見圖4所示。圖4 箱梁橫斷面預(yù)應(yīng)力布置圖3荷載組合 采用橋梁結(jié)構(gòu)綜合分析程序BSAC

8、S對(duì)縱橋向單位長度箱形框架進(jìn)行橫向分析，成橋狀態(tài)下對(duì)箱梁結(jié)構(gòu)自重、橋面鋪裝、橋面附屬荷載、活載、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變和溫度變化（日照溫差取±5oC的溫度場(chǎng)）等荷載作用下分別進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算中按有關(guān)規(guī)范規(guī)定對(duì)各種荷載進(jìn)行不同的荷載組合。運(yùn)營階段荷載按以下四種方式組合：組合一：恒載+汽車組合二：恒載+汽車+升溫組合三：恒載+汽車+降溫組合四：恒載+掛車橋梁結(jié)構(gòu)綜合分析程序BSACS構(gòu)件內(nèi)力規(guī)定：軸力以截面受拉為正；彎矩以構(gòu)件下緣受拉為正；剪力以使截面左側(cè)的計(jì)算構(gòu)件脫離體繞左端順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正；計(jì)算點(diǎn)處拉應(yīng)力為正值、壓應(yīng)力為負(fù)值。結(jié)構(gòu)自重、鋪裝層及橋面附屬重量、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變等荷載產(chǎn)

9、生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和正應(yīng)力如表4所示。結(jié)構(gòu)內(nèi)力及應(yīng)力數(shù)值匯總表 表4單元號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)恒載彎矩剪力軸力上緣正應(yīng)力下緣正應(yīng)力(KNm)(KN)(KN)(MPa)(MPa)1718-8.32 14.02 -0.80 -6.85 -1.73 1617-99.71 44.37 -23.27 -3.67 -0.40 1616-127.10 54.96 -28.82 -2.82 0.88 1314-148.35 -40.06 -35.72 -2.45 0.82 1313-124.56 -23.11 -27.68 -2.99 -1.13 1011-86.28 -5.60 -14.99 -2.35 -4.87 1010-

10、85.91 4.85 -15.20 -2.38 -4.85 圖5 恒載作用下橋面板正應(yīng)力圖（單位：） 溫度變化（日照溫差按+5oC的溫度場(chǎng)考慮）荷載產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和正應(yīng)力如表5所示。結(jié)構(gòu)內(nèi)力及應(yīng)力數(shù)值匯總表 表5單元號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)局部升溫彎矩剪力軸力上緣正應(yīng)力下緣正應(yīng)力(KNm)(KN)(KN)(MPa)(MPa)17180.05 -0.07 -1.60 -0.01 0.00 16170.84 -2.42 -4.79 -0.09 0.03 16163.60 -3.98 -7.93 -0.01 0.01 131417.44 2.18 -4.30 -0.06 0.07 131315.08 0.26 -0

11、.45 -0.53 0.47 101114.81 0.03 1.80 -1.09 1.13 101014.79 0.03 1.80 -1.09 1.13 圖6 橋面板局部升溫的正應(yīng)力圖（單位：） 汽車超20級(jí)活載引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力如表6所示。結(jié)構(gòu)內(nèi)力數(shù)值匯總表 表6單元號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)汽車荷載最大彎矩剪力軸力最小彎矩剪力軸力(KNm)(KN)(KN)(KNm)(KN)(KN)17181617-120.53 52.45 -27.50 1616-171.94 102.22 -53.60 131459.30 12.33 33.25 -187.46 -86.98 -48.73 131355.40 -41.23 -

12、8.72 -126.36 -71.66 -39.57 101140.84 1.31 -31.25 -32.46 0.21 48.13 101041.13 -1.89 -31.18 -32.68 0.21 48.13 恒載和汽車活載組合（組合一）引起的結(jié)構(gòu)正應(yīng)力如表7所示。恒載和汽車組合的應(yīng)力數(shù)值匯總表 表7單元號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)MminMmax上緣正應(yīng)力下緣正應(yīng)力上緣正應(yīng)力下緣正應(yīng)力(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)1718-6.85 -1.73 -6.85 -1.73 1617-0.23 -4.01 -3.73 -0.46 1616-1.75 -0.31 -2.82 0.88 1314-1.65

13、 -0.06 -2.69 1.12 13130.59 -4.93 -4.61 0.48 10110.25 -7.18 -5.52 -1.87 10100.24 -7.17 -5.57 -1.82 圖7 恒載和汽車作用下橋面板正應(yīng)力圖（單位：）恒載、汽車活載和橋面板局部升降溫的最不利荷載組合引起的結(jié)構(gòu)正應(yīng)力（即包絡(luò)正應(yīng)力）如表8所示。結(jié)構(gòu)包絡(luò)應(yīng)力數(shù)值匯總表 表8單元號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)上緣正應(yīng)力下緣正應(yīng)力minmaxMinmax(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)1718-6.86 -6.84 -1.73 -1.73 1617-3.82 -0.14 -4.04 -0.36 1616-2.83 -1.74

14、 -0.32 0.89 1314-2.75 -1.59 -0.13 1.19 1313-5.14 1.12 -5.40 0.95 1011-6.62 1.35 -8.31 -0.73 1010-6.66 1.33 -8.30 -0.69 圖8 橋面板包絡(luò)正應(yīng)力圖（單位：）掛車120活載引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力如表9所示。結(jié)構(gòu)內(nèi)力數(shù)值匯總表 表9單元號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)掛車荷載最大彎矩剪力軸力最小彎矩剪力軸力(KNm)(KN)(KN)(KNm)(KN)(KN)171816171616-59.36 133.31 -69.90 131429.05 6.03 16.33 -89.69 -37.60 -54.44 13135

15、2.07 -102.28 -64.78 -63.51 -29.93 -50.33 101171.36 42.71 -32.02 -13.93 -12.04 12.03 101071.70 -43.23 -30.27 -13.88 12.02 11.29 恒載和掛車活載組合（組合四）引起的結(jié)構(gòu)正應(yīng)力如表10所示。恒載和掛車組合的應(yīng)力數(shù)值匯總表 表10單元號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)MminMmax上緣正應(yīng)力下緣正應(yīng)力上緣正應(yīng)力下緣正應(yīng)力(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)1718-6.85 -1.73 -6.85 -1.73 1617-3.70 -0.40 -3.67 -0.37 1616-2.82 0.42

16、-2.51 0.88 1314-2.57 0.37 -2.10 0.97 1313-4.64 -3.11 -1.25 0.26 1011-7.81 -5.89 -1.26 0.45 1010-7.86 -5.87 -1.30 0.51 圖9 恒載和掛車作用下橋面板正應(yīng)力圖（單位：）4計(jì)算結(jié)論 縱橋向單位長度的框架箱梁橫向靜力分析，對(duì)該結(jié)構(gòu)在四種荷載組合工況的作用下，其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和應(yīng)力做了驗(yàn)算。 a) 正常使用能力狀態(tài)法綜合上述結(jié)構(gòu)應(yīng)力可知，橋面板在恒載和汽車荷載作用下，跨中板中部上緣最大拉應(yīng)力0.59MPa（節(jié)點(diǎn)14號(hào)處），板根部下緣最大拉應(yīng)力1.12MPa（節(jié)點(diǎn)14號(hào)處）；恒載、汽車和橋面板

17、升降溫最不利組合下，其跨中板上緣最大拉應(yīng)力1.35MPa（節(jié)點(diǎn)11號(hào)處），板根部下緣最大拉應(yīng)力1.19MPa（節(jié)點(diǎn)14號(hào)處）仍然屬于部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件。在按部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)中，當(dāng)截面受拉區(qū)混凝土中設(shè)置非預(yù)應(yīng)力鋼筋，其容許拉應(yīng)力可以提高，其增量按非預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積與混凝土截面面積的百分比計(jì)算，每1%其后張法構(gòu)件的容許值提高4.0MPa，但在任何情況下，提高后的容許拉應(yīng)力不超過混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)的1/4。 b) 承載能力極限狀態(tài)法 在恒載、汽車和橋面板升降溫最不利荷載作用下，箱型截面控制點(diǎn)的內(nèi)力組合值如表11所示。預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁采用C50混凝土，其混凝土彈性模量，軸心抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度，抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度。橋面板鋼筋采用級(jí)鋼，其彈性模量，抗拉和抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)包絡(luò)內(nèi)力數(shù)值匯總表 表11單元號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)剪力Qj彎矩Mjminmaxminmax(KN)(KN)(KNm)(KNm)161745.67 179.79 -